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活性炭芬頓氧化吸附處理艙底水

　　由于海運(yùn)的重要性增加了，在海洋污染的背景下，海船(即船舶)被認(rèn)為是主要的海洋污染物之一。大約20%的海洋污染是由海上船舶造成的，由于每艘船舶都會(huì)攜帶化石燃料，船舶排放的含油艙底水是海洋生態(tài)系統(tǒng)中重要的污染物之一。本期我們?cè)谑褂梅翌D氧化作為預(yù)處理方法后，通過(guò)活性炭吸附來(lái)研究艙底水的可處理性。艙底水儲(chǔ)存在機(jī)艙和鍋爐下方的船體內(nèi)部艙底中，是廢水和海水的腐蝕性混合物。盡管艙底水的污染特性取決于車輛類型及其運(yùn)行模式，但艙底水中常見(jiàn)的污染物包括燃料、油、油脂、清潔劑、表面活性劑、溶劑和鹽類。排放艙底水對(duì)海洋棲息地都有不利影響，所以要經(jīng)過(guò)活性炭處理后再排放。

　　活性炭吸附設(shè)置和操作條件

　　本研究采用芬頓氧化作為預(yù)處理方法。溫度和pH值分別設(shè)置為20℃和30℃加入硫酸亞鐵和過(guò)氧化氫。使用帶有6個(gè)攪拌器的廣口瓶測(cè)試裝置，并將攪拌速度調(diào)節(jié)至200rpm半小時(shí)。氧化在2小時(shí)內(nèi)完成。將上相轉(zhuǎn)移到燒杯中進(jìn)行沉淀。pH值設(shè)置為7.5。沉降保持2小時(shí)。收集樣品的上清相用于吸附過(guò)程。活性炭吸附過(guò)程中我們將200mL芬頓氧化樣品的流出物轉(zhuǎn)移到250mL容量瓶中。將孔徑為1.5mm的顆粒活性炭添加到燒瓶中。用pH計(jì)調(diào)節(jié)pH，在25℃下1、3、5、7、24、48和72小時(shí)后，使用1g活性炭每升收集樣品以確定平衡時(shí)間。在活性炭合適濃度和溫度實(shí)驗(yàn)中，分別在15、20、25和30℃下將1、1.5、2、2.5和3g活性炭加入容量瓶中，然后再調(diào)節(jié)好ph以確定pH值對(duì)活性炭吸附的影響。

　　吸附平衡時(shí)間

　　吸附過(guò)程應(yīng)用于芬頓氧化的出水樣品。在1、3、5、7、24、48和72小時(shí)收集樣品，通過(guò)在pH=7.5、25℃和170rpm攪拌速率下加入1g活性炭來(lái)確定平衡時(shí)間(圖1)。對(duì)于吸附在1和5小時(shí)之間的平衡時(shí)間，COD去除效率在3.1±1.3%和10.7±3.6%之間波動(dòng)。隨著平衡時(shí)間從5小時(shí)增加到24小時(shí)，COD去除效率從10.7±3.7%和54.5±1.8%分別顯著增加到26.3±2.2%和62.5±1.1%(吸附和總量)，對(duì)應(yīng)COD濃度從500.0±28.3降低到410±18mg。由于在活性炭的外表面上形成了有機(jī)材料的單層覆蓋層，COD去除增加直到達(dá)到平衡時(shí)間。平衡時(shí)間的進(jìn)一步增加沒(méi)有顯示出任何統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(p>0.05);因此24小時(shí)被用作進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)的平衡時(shí)間。

　　圖1：平衡時(shí)間對(duì)COD去除的影響。

　　活性炭的用量

　　圖2顯示了在25℃、pH=7.5和170rpm的攪拌速率下，不同活性炭用量對(duì)COD去除的影響，持續(xù)24小時(shí)。我們測(cè)試了1.0、1.5、2.0、2.5和3.0g活性炭以確定合適吸附劑劑量。隨著活性炭濃度從1g增加到3g，觀察到COD去除率從50.0±5.1%和74.5±2.6%逐漸增加到吸附和總量的68.3±1.9%和83.9±1.0%。COD濃度從280.0±28.3略微下降至177.5±10.6mg。許多研究都報(bào)告說(shuō)，隨著活性炭用量的增加，有機(jī)材料的去除率也會(huì)增加，這可以通過(guò)總比表面積和吸附劑上的活性位點(diǎn)來(lái)解釋。

　　圖2：活性炭用量對(duì)COD去除的影響。

　　活性炭芬頓氧化吸附處理艙底水的研究中，研究了通過(guò)芬頓氧化和吸附處理艙底水的性能。導(dǎo)致總COD去除效率為89.5±1.9%(對(duì)應(yīng)于115.0±21.2mg有機(jī)物濃度)的合適吸附操作條件確定如下：平衡時(shí)間為24小時(shí)，活性炭用量為2g每升，溫度為20℃，pH=6。從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，芬頓氧化和活性炭顯示出處理艙底水的潛力。